渤海海域盆地石油地質(zhì)條件與大中型油氣田分布特征

鐘 鍇,朱偉林,薛永安,周心懷,4,徐長貴,牛成民

[1. 同濟(jì)大學(xué) 海洋地質(zhì)國家重點實驗室,上海 200092; 2.同濟(jì)大學(xué) 海洋資源研究中心,上海 200092; 3.中海 石油(中國)有限公司 天津分公司,天津 300452; 4.中海石油(中國)有限公司 上海分公司,上海 200335]

渤海海域盆地是指渤海灣盆地位于渤海海域的部分[1],其北邊與下遼河坳陷相連,西側(cè)為黃驊坳陷的延伸,南部與濟(jì)陽坳陷相接,東側(cè)為郯廬斷裂帶,是發(fā)育在華北克拉通上的新生代斷陷盆地(圖1)。

渤海海域自20世紀(jì)60年代開始規(guī)模油氣勘探,經(jīng)歷了半個多世紀(jì)以來幾代渤海石油人的共同努力,至2010年,渤海油田的原油年產(chǎn)量已突破3 000×104t。目前,渤海海域已建成中國第二大原油生產(chǎn)基地,也是中國近海最大的原油生產(chǎn)基地。

渤海海域盆地的規(guī)模油氣勘探歷經(jīng)60余年,從借鑒相鄰陸區(qū)盆地的勘探經(jīng)驗開始,到逐漸認(rèn)識到海域盆地石油地質(zhì)條件的特殊性,經(jīng)歷了較為曲折的發(fā)展歷程。

1 油氣勘探歷程及啟示

1.1 油氣勘探歷程

1.1.1 早期探索階段(1966—1982年)

海洋油氣勘探是典型的“高技術(shù)”、“高投入”和“高風(fēng)險”油氣勘探活動。對渤海海域的早期探索階段也是我國海洋石油工業(yè)的起步階段,一缺資金、二缺技術(shù)、三缺海域的第一手地質(zhì)資料,因此,勘探指導(dǎo)理論只能借鑒相鄰陸區(qū)的勘探經(jīng)驗,將勘探領(lǐng)域聚焦在凹陷深層古近系及古潛山[1-2]。

圖1 渤海海域盆地構(gòu)造位置[1]Fig.1 Tectonic location of the Bohai Sea Basin[1]

由于地震技術(shù)手段和地質(zhì)認(rèn)識的局限性,該階段發(fā)現(xiàn)了渤中28-1古生界碳酸鹽巖潛山、埕北油田等稠油油田和含油構(gòu)造,渤中34-2/4砂巖油田及中、小型非稠油油田3個,累計探明石油地質(zhì)儲量僅9 000×104m3,年產(chǎn)量不足50×104m3,但奠定了渤海油田發(fā)展的根基。

1.1.2 對外合作階段——古近系勘探階段(1983—1994年)

中國近海的對外開放吸引了眾多國際石油公司進(jìn)入渤海。但外方仍舊借鑒渤海灣盆地相鄰陸區(qū)勝利油田和遼河油田勘探經(jīng)驗,聚焦古近系,勘探靶區(qū)集中在遼東灣及渤西探區(qū)[1-2]。

在數(shù)字地震及小面積三維地震技術(shù)的運用下,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了綏中36-1、錦州9-3等大中型油氣田,探明石油地質(zhì)儲量4.62×108m3,其中5個古近系砂巖油藏占總探明儲量的96%;此外,在渤海低凸起古近系勘探上取得了突破,探明石油地質(zhì)儲量達(dá)5.52×108m3。

但該階段發(fā)現(xiàn)以稠油為主,海上開發(fā)難度極大,產(chǎn)量仍然較低,到1994年,僅達(dá)到219×104m3油氣當(dāng)量。

1.1.3 自營帶動合作階段——新近系突破階段(1995—2005年)

渤海石油工作者以“新構(gòu)造運動控制晚期成藏”理論為指導(dǎo)[3],結(jié)合高分辨三維地震勘探技術(shù)與探井測試新技術(shù)運用,勘探目的層轉(zhuǎn)移至凸起區(qū)的構(gòu)造圈閉,在新近系發(fā)現(xiàn)了秦皇島32-6油田,渤中25-1南、南堡35-2等一批大型新近系油氣田[4]。自營勘探成果帶動了外方,相繼發(fā)現(xiàn)了蓬萊19-3、曹妃甸11-1、旅大27-2等大型稠油油田。

該階段探明石油地質(zhì)儲量共計13.63×108m3。從而使渤海礦區(qū)探明石油地質(zhì)儲量累積達(dá)到19.15×108m3,成為渤海歷史上第一次儲量高峰。

然而,至21世紀(jì)初,隨著渤海凸起區(qū)構(gòu)造圈閉勘探殆盡,進(jìn)入凹陷區(qū)和斷裂帶的探索又相繼失利,勘探再度陷入了困境[1]。

1.1.4 自營引領(lǐng)階段——活動斷裂帶優(yōu)質(zhì)原油突破階段(2005至今)

通過對渤海海域盆地石油地質(zhì)條件的全面重新認(rèn)識,將勘探重點區(qū)域由凸起區(qū)轉(zhuǎn)向活動斷裂帶及凹陷區(qū),突破了“斷裂對油氣以破壞和逸散作用為主”的認(rèn)識束縛,揭示了渤?；顒訑嗔褞У姆侄巍⒎制诖螘r空演化對油氣成藏的差異控制作用,提出了活動斷裂帶油氣差異富集理論[5-6]。

應(yīng)用聯(lián)片三維地震資料和配套勘探技術(shù),發(fā)現(xiàn)了一批大中型高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)油氣田,形成了五大億噸級優(yōu)質(zhì)油田群(錦州、金縣、石東、黃東和萊北油田群),自營勘探儲量發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了歷史新高,新增探明石油地質(zhì)儲量12.7×108m3。更重要的是新發(fā)現(xiàn)油田儲量品質(zhì)優(yōu)良,中輕質(zhì)油儲量比例由22%增加到79%,改變了以稠油為主的儲量結(jié)構(gòu),為渤海油田的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定了堅實的儲量基礎(chǔ)(圖2)。

1.2 油氣勘探歷程對石油地質(zhì)研究的啟示

渤海海域的勘探實踐表明,油氣勘探的突破得益于對石油地質(zhì)理論或認(rèn)識的創(chuàng)新和勘探技術(shù)的進(jìn)步,但最為關(guān)鍵的是理論認(rèn)識的創(chuàng)新;而每一次理論和認(rèn)識的因循守舊則會導(dǎo)致勘探走入困境[1-2]。

20世紀(jì)80年代之前,由于資料的局限和認(rèn)識的束縛,單純借鑒陸區(qū),以古近系和潛山為勘探重點領(lǐng)域,勘探成效不佳;80年代后對外合作以后,即便是諸多國際石油公司應(yīng)用了當(dāng)時全球最為先進(jìn)的勘探技術(shù)和勘探理念,也未能獲得油氣勘探的重大突破[1-2]。

直至20世紀(jì)末,通過反復(fù)的勘探實踐和認(rèn)識創(chuàng)新,渤海石油地質(zhì)條件研究取得了“新構(gòu)造運動控制晚期成藏”理論的突破,勘探重點轉(zhuǎn)移到凸起區(qū),勘探層系由古近系轉(zhuǎn)移到新近系,并發(fā)現(xiàn)了一批億噸級油氣田,獲得了首次勘探的重大突破[3-4]。然而,隨著渤海凸起區(qū)勘探程度的不斷提高,構(gòu)造圈閉鉆探殆盡。至21世紀(jì)初,渤?？碧皆俣认萑肓死Ь?儲量發(fā)現(xiàn)再度步入低谷(圖2)。

2005年以來,加強了對渤海海域復(fù)雜斷裂帶油氣成藏關(guān)鍵主控因素的攻關(guān),認(rèn)識了渤?；顒訑嗔褞τ蜌飧患牟町惪刂谱饔?將勘探重點由凸起區(qū)轉(zhuǎn)移至凹陷區(qū)及活動斷裂帶,指導(dǎo)勘探獲得了第二次發(fā)現(xiàn)高峰(圖2)。

圖2 渤海油田自營勘探三級儲量統(tǒng)計(截至2014年)Fig.2 Statistics of 3P reserves for self-operated exploration in Bohai oilfield(by 2014)

因此,有必要在回顧勘探歷程的基礎(chǔ)上,對渤海海域盆地的石油地質(zhì)條件的研究和認(rèn)識做全面的梳理,充分認(rèn)識渤海海域盆地演化的特殊性及其獨特的石油地質(zhì)條件和油氣富集規(guī)律,以期對今后的油氣勘探及相關(guān)研究提供參考。

2 成盆機制與新生代構(gòu)造演化

2.1 “伸展-走滑雙動力源”動力學(xué)成因機制

渤海海域發(fā)育的大型伸展斷裂和以郯廬斷裂帶為代表的大型走滑斷裂體系,前者包括萊北斷裂、石南斷裂、沙南斷裂、黃北斷裂和濰北斷裂等,控制了渤海中南部地區(qū)凸起和凹陷的形成演化,反映了盆地具伸展屬性;而盆地內(nèi)部NNE向郯廬走滑斷裂帶和NW向張蓬萊斷裂系具明顯性質(zhì)的大型走滑-伸展復(fù)合斷裂性質(zhì),并對海域盆地的形成演化也產(chǎn)生了重要的控制作用。這兩種性質(zhì)斷裂體系的存在決定了渤海與由伸展或走滑作用形成的單一機制盆地有所差別,應(yīng)是伸展和走滑共同復(fù)合作用的結(jié)果[1]。夏慶龍等[7]提出了“伸展-走滑雙動力源”動力學(xué)機制(圖3),即:地幔上隆導(dǎo)致在渤海地區(qū)形成不同方向的伸展作用,而太平洋板塊的斜向碰撞和擠壓在渤海地區(qū)形成了走滑作用,并對早期的伸展構(gòu)造體系進(jìn)行了疊加和改造,最終造就了渤海海域的獨特性與復(fù)雜性。

渤海海域新生代盆地就是在這種“伸展-走滑雙動力源”背景下形成、發(fā)育的。渤海灣盆地古近紀(jì)的裂陷作用主要是地幔熱活動引起的,上地幔上隆和軟流圈在巖石圈底部的側(cè)向流動導(dǎo)致地殼引張破裂,形成伸展構(gòu)造變形;同時,受NE-SW向區(qū)域擠壓影響,渤海灣盆地一些NNE向深大斷裂(特別是郯廬斷裂帶)發(fā)生右旋剪切作用,進(jìn)而深刻影響了渤海海域新生代盆地的構(gòu)造格局。

2.2 新生代構(gòu)造演化

渤海海域盆地新生代期間受到西太平洋板塊俯沖、印度洋板塊碰撞遠(yuǎn)程效應(yīng)等區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力以及地幔熱活動等多動力源的共同作用,經(jīng)歷了郯廬斷裂帶從左旋到右旋走滑的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換及地幔上涌到熱沉降作用的疊加影響。

古近紀(jì)早期被地幔熱隆起引發(fā)的區(qū)域性拉張作用所主導(dǎo),上地幔上隆和軟流圈在巖石圈底部的側(cè)向流動導(dǎo)致地殼引張破裂,以伸展構(gòu)造變形為主。古近紀(jì)晚期,因為區(qū)域性地幔熱活動引發(fā)的伸展作用減弱,板塊構(gòu)造動力對郯廬斷裂帶作用引起的走滑作用就相對增強,走滑及其相關(guān)派生構(gòu)造開始發(fā)育。

圖3 渤海灣盆地新生代構(gòu)造動力學(xué)模式[7]Fig.3 The Cenozoic tectonodynamics model of the Bohai Bay Basin[7]a.渤海灣盆地新生代構(gòu)造動力學(xué)平面示意圖;b.渤海灣盆地新生代構(gòu)造動力學(xué)剖面示意圖

新近紀(jì)時期,渤海灣盆地整體進(jìn)入熱沉降階段,渤海海域盆地逐漸成為區(qū)域沉降和沉積的中心,郯廬斷裂帶的右旋走滑作用占據(jù)主導(dǎo)地位。走滑作用成為改造改期盆地結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)因素,走滑及其派生構(gòu)造也繼承古近紀(jì)時期構(gòu)造發(fā)育,并對油氣最終富集成藏起了關(guān)鍵作用[8-9]。

綜上所述, 渤海海域盆地新生代演化具有典型的多旋回性疊加特征, 可分為以下5個構(gòu)造演化階段(表1)。

表1 渤海海域盆地構(gòu)造演化階段劃分[1]Table 1 Classification of tectonic evolution stages of the Bohai Sea Basin[1]

2.2.1 裂陷一幕:始新世(65～38 Ma)孔店組—沙河街組三段沉積期

渤海灣盆地在古新世早-中期普遍處于暴露剝蝕階段,晚古新世期—早始新世開始沉積,發(fā)育了孔店組地層,由此進(jìn)入斷陷期。

渤海灣盆地在孔店組-沙河街組四段沉積期屬于局部湖盆斷陷期,沉積范圍相對局限。至沙三段沉積期,開始進(jìn)入全盆地范圍的斷陷期,強烈快速的裂陷作用在各凹陷形成半深湖-深湖沉積環(huán)境,相應(yīng)沉積了一套巨厚的暗色泥巖[10]。因此,渤海海域盆地發(fā)育了和整個渤海灣盆地類似的沙三段烴源巖,即渤海海域第一套主力烴源巖。

2.2.2 初始裂后熱沉降階段:漸新世(38～32.8 Ma)沙河街組一、二段沉積期

沙三段沉積結(jié)束后,全區(qū)進(jìn)入初始裂后熱沉降階段,廣泛發(fā)育破裂不整合面,盆地的充填類型相應(yīng)發(fā)生了明顯變化:①沙一、二段無論是沉積厚度、還是巖性在全區(qū)變化不大;特別是沙一段以泥巖夾白云巖、生物灰?guī)r為特征的“特殊巖性”段,全盆地可以追蹤對比;②沙一、二段沉積期的盆地分布范圍較沙三段的盆地分布范圍廣得多,湖盆以“水淺面廣”為特征;③沙一、二段沉積期斷裂活動微弱;④沙一、二段沉積之前裂陷一幕和沉積之后的裂陷二幕在動力學(xué)體制上有明顯差異,裂陷二幕體現(xiàn)出顯著的走滑拉分動力學(xué)機制,而裂陷一幕上、下地殼的非均勻不連續(xù)伸展作用明顯。

總之,以上特征都顯示沙一、二段沉積期盆地進(jìn)入構(gòu)造相對平緩的時期,具有明顯的熱沉降坳陷特征。

2.2.3 裂陷二幕:漸新世(32.8～24.6 Ma)東營期

東營組沉積時期,渤海海域盆地再次進(jìn)入強烈的斷陷期,即裂陷二幕,表現(xiàn)為斷層活動速率和構(gòu)造沉降速率再次變大,渤海海域開始成為了渤海灣盆地的斷陷沉積和區(qū)域沉降中心,廣泛發(fā)育深湖相沉積環(huán)境,形成了渤海海域盆地第二套主力烴源巖,即渤海海域盆地特有的——東營組烴源巖。

2.2.4 第二期裂后熱沉降階段:新近紀(jì)(24.6～5.1 Ma)館陶組—明下段沉積期

24.6 Ma以來,渤海海域再次進(jìn)入?yún)^(qū)域性緩慢熱沉降階段。該期在東營組頂部發(fā)育區(qū)域性不整合面,標(biāo)志著古近紀(jì)裂陷期的結(jié)束以及新近紀(jì)裂后熱沉降拗陷期的開始,盆地充填整體表現(xiàn)為向心式廣覆充填。

該階段,渤海海域廣泛發(fā)育淺水-極淺水三角洲沉積體系,形成了渤海海域盆地特有的一套新近系勘探層系。

2.2.5 新構(gòu)造運動階段:(5.1 Ma至今)

新構(gòu)造運動階段在渤海海域盆地具體表現(xiàn)為區(qū)域性快速沉降,以及相對罕見的同期次斷裂強烈活動。其力源可能與5.4 Ma以來印藏碰撞青藏高原大規(guī)模隆升的遠(yuǎn)距離效應(yīng)導(dǎo)致的郯廬斷裂的右旋走滑運動,形成了典型的花狀構(gòu)造等一系列晚期走滑作用相關(guān)構(gòu)造圈閉,并伴隨明上段以及第四系沉積中心的遷移變化。

新構(gòu)造運動造成渤海海域的淺層晚期斷裂和油氣運移的活躍,也導(dǎo)致了晚期走滑相關(guān)構(gòu)造圈閉的定型,奠定了渤海海域盆地極其特殊的“油氣晚期成藏”的特征。

綜上所述,渤海海域盆地作為渤海灣盆地的海域部分,其構(gòu)造-沉積演化與相鄰陸區(qū)相比,雖有共性,但更多表現(xiàn)出了差異。特別是在區(qū)域構(gòu)造作用和郯廬斷裂帶的共同作用下,渤海海域先后經(jīng)歷了兩期斷陷的構(gòu)造旋回及新構(gòu)造運動,對海域盆地的石油地質(zhì)條件造成了深刻影響,并最終決定了其油氣富集規(guī)律的差異性,而認(rèn)識這一海陸差異性對于指導(dǎo)海域盆地的油氣勘探具有重要意義。

3 關(guān)鍵石油地質(zhì)條件及其特殊性

3.1 烴源條件

渤海海域的烴源條件優(yōu)越,主要發(fā)育在古近系,自下而上依次發(fā)育:孔店組-沙四段、沙三段、沙一二段和東營組共4套烴源巖。沙三段和東營組是主力烴源巖,其中東營組是海域特有的一套主力烴源巖;孔店組-沙四段、沙一段、沙二段發(fā)育次要烴源巖或者局部區(qū)域的次要烴源巖。

3.1.1 孔店組-沙四段

古新世中期,整個渤海灣盆地開始了裂陷作用,并由裂陷初期孤立、分散的一批局限古湖泊逐漸發(fā)展為彼此連通的若干較大湖泊。但海域的孔店組-沙四期的古湖泊面積相對較小(尤其是孔店組沉積),凹陷充填以沖積扇-辮狀河三角洲平原沉積為主,烴源巖分布相對局限。因此,孔店組-沙四段僅在渤海海域盆地的局部地區(qū)形成了一套次要烴源巖。

3.1.2 沙三段

至始新世中期,沙三段沉積期湖盆凹陷多表現(xiàn)為強烈的半地塹結(jié)構(gòu)特征,發(fā)育半深-深湖相沉積,由于盆緣斷裂的持續(xù)活動,在斷裂的下降盤發(fā)育近物源的扇三角洲、湖底扇,與良好的深湖相生油泥巖交互,凹陷的沉降沉積中心相對比較穩(wěn)定。因此,沙三段在整個渤海灣盆地的現(xiàn)今陸地和海域部分廣泛發(fā)育,形成了渤海海域盆地的第一套主力烴源巖。

3.1.3 沙一、二段

沙一、二段沉積期為第一期裂后熱沉降階段,裂陷區(qū)活動較弱,受沙三段末期區(qū)域性構(gòu)造抬升的影響,沉積速率明顯降低,烴源巖厚度總體不大,但品質(zhì)較高,且分布廣泛,形成了渤海海域范圍內(nèi)的次要烴源巖。

3.1.4 東營組

東營組沉積期,渤海海域成為了整個渤海灣沉積和沉降的中心,海域東營期沉降速率是陸區(qū)的2～3倍;加上當(dāng)時優(yōu)越的沉積環(huán)境和氣候條件,東營組下段的烴源巖條件尤為優(yōu)越。因此,東營組發(fā)育了渤海海域特有的、也是渤海海域盆地的另一套主力烴源巖。

3.2 沉積體系與儲層特征

3.2.1 古近系層序特征與沉積體系

1) 古近系層序特征

受渤海海域盆地復(fù)雜的構(gòu)造-古地貌格局影響,古近紀(jì)層序的發(fā)育與對應(yīng)兩幕裂陷作用的活動強弱有關(guān),且不同層序在不同凹陷發(fā)育特征存在一定的橫向差異性[11]。

孔店組-沙四段超層序?qū)?yīng)初始裂陷期,奠定了渤海灣盆地隆凹格局發(fā)育的雛形。該套地層在渤海海域盆地的邊緣凹陷發(fā)育,邊緣地帶有多個裂陷中心、裂陷作用強,中央地帶裂陷作用弱,形成的斷陷小而散,地層厚度均在1 000 m以上。海域盆地南部的青東、萊州灣凹陷古近系下部的孔店組、沙四段層序較發(fā)育,埋藏較淺,巖性主要為紫紅色泥巖、綠灰、褐灰、灰色泥巖,夾薄層灰白色粉細(xì)砂巖及灰質(zhì)、白云質(zhì)泥巖和白色石膏。而中、北部黃河口、渤中、遼東灣凹陷古近系下部的孔店組-沙四段層序厚度變化大,埋藏深。

沙三段超層序裂陷活動強度逐漸增強,奠定了渤海海域盆地隆凹相間的構(gòu)造格局。巖性主要為泥巖、砂巖、含礫砂巖的不等厚互層。

沙一、二段層序發(fā)育時期,裂陷活動相對減弱,其隆凹格局逐漸模糊,水下隆起增多,地層發(fā)育亦趨于相對平緩,在渤海海域分布廣泛,不同凹陷連片發(fā)育,地層厚度普遍較小,平均200 m左右。在渤海海域盆地南部的青東、萊州灣凹陷以砂巖-泥巖互層出現(xiàn),層序頂部泥巖較發(fā)育;在盆地中部的渤中、渤東地區(qū)巖性較粗,以厚層砂巖夾泥巖為主,層序內(nèi)部向上變細(xì)的正旋回發(fā)育;盆地北部的遼東灣地區(qū)巖性普遍變細(xì),以大套泥巖夾中層砂巖為主。

東三段層序發(fā)育時期,渤海海域盆地的裂陷活動又加大,并在整體沉降的背景下,分別在渤中凹陷和遼中凹陷形成兩個主要沉降中心。東三段層序地層厚度顯著增大并在渤中凹陷形成整個渤海灣盆地的沉降中心。

渤海海域盆地東二段分布廣泛,在渤中凹陷的地層厚度最大。

東一段層序發(fā)育時期,在差異構(gòu)造抬升背景下,主要沉降中心轉(zhuǎn)移到渤中凹陷,地層分布范圍顯著縮小,渤海海域周邊地區(qū)均缺失東一段,平均厚度在200 m左右;在南部青東、萊州灣等地區(qū)遭受剝蝕。

2) 古近系沉積體系

渤海海域盆地古近系發(fā)育的沉積體系包括扇三角洲、辮狀河三角洲、曲流河三角洲、湖泊、灘壩、湖相碳酸鹽巖、湖底扇等[12]。這些類型豐富、分布廣泛、多時期分布的沉積體系存在,形成了一系列規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲層,為油氣富集提供優(yōu)越的存儲空間。

扇三角洲沉積大多處于主生烴層系內(nèi)部,烴源供應(yīng)充足;儲層垂向厚度大,物性好,儲蓋條件好。同時,由于扇三角洲儲層橫向變化快,有利于隱蔽油氣藏的發(fā)育,也是渤海海域當(dāng)前巖性地層油氣藏勘探的重要領(lǐng)域。辮狀河三角洲在渤海海域古近系分布面積廣,其砂巖分選性和側(cè)向連通性好,具有較好的油氣儲集性能。在渤海海域的勘探不乏作為構(gòu)造油氣藏、構(gòu)造-巖性及巖性油氣藏的實例[12]。

3.2.2 新近系在渤海海域發(fā)育獨特的淺水-極淺水三角洲沉積體系

新近紀(jì)渤海灣盆地具有構(gòu)造相對穩(wěn)定、沉降中心逐漸向海域渤中凹陷匯聚的特點。渤海海域盆地的沉積環(huán)境與周邊陸區(qū)有顯著差異,發(fā)育獨特的淺水-極淺水三角洲沉積體系[13]。

新近紀(jì)時期,館陶組沉積時期渤海海域湖泊面積較小,僅在渤中地區(qū)和渤南地區(qū)發(fā)育極淺水湖泊和極淺水三角洲沉積。明化鎮(zhèn)組沉積期,整個渤海海域已形成了統(tǒng)一的湖盆,沉積物主要源于周邊陸區(qū)。由于湖盆淺、物源遠(yuǎn),沉積物多是細(xì)粒沉積,發(fā)育了一套極淺水三角洲沉積體系。在明下段整個沉積期,湖盆經(jīng)歷了低水位、湖侵和高水位期,期間砂體發(fā)育也經(jīng)歷了由低水位期分流砂壩型為主到湖侵期的以分支河道型淺水三角洲為主的和后期高水位期兩者共存的特征,砂體總體上在早期的低水期和晚期的高水位期相對較為連續(xù)[13-15]。

總之,渤海海域新近系極淺水三角洲優(yōu)越的成藏條件決定了其成為了海域新近系勘探的重要領(lǐng)域[13,16]。

4 大中型油氣田分布特征

4.1 優(yōu)越的烴源條件奠定了渤海海域盆地豐富的油氣資源潛力

中國海域盆地的油氣分布極不均衡,勘探實踐表明10%的富烴凹陷集中了90%的油氣儲量。朱偉林[17]應(yīng)用海洋學(xué)、古生物學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)綜合研究,從盆地發(fā)育源頭——古湖泊環(huán)境入手,將烴源研究由傳統(tǒng)固態(tài)沉積物向古湖泊環(huán)境拓展,提出古湖泊有機質(zhì)生產(chǎn)力和水體底部貧氧環(huán)境是決定沉積物中有機質(zhì)保存和轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素,總結(jié)了中國近海新生代盆地中富生烴凹陷的古湖泊學(xué)特征。

渤海海域盆地兩期構(gòu)造旋回相應(yīng)發(fā)育了兩期古湖泊,封閉性的咸水古湖泊不但數(shù)量多、分布廣,而且有機質(zhì)生產(chǎn)力高、鹽度高,湖泊內(nèi)易于形成溫度和鹽度湖水分層,有機質(zhì)保存條件優(yōu)越,造就了現(xiàn)今富生烴凹陷廣布,具備形成一系列大中型油氣田的豐厚烴源基礎(chǔ)[17]。

4.2 凸起區(qū)控制了渤海海域大中型稠油油田的分布

渤海海域的稠油油田主要圍繞渤中地區(qū)的凸起區(qū)分布,層位集中在新近系的館陶組和明下段。依據(jù)構(gòu)造作用和圈閉成因可分為兩種類型。

4.2.1 披覆背斜型稠油油藏

渤海海域的披覆背斜稠油油藏圍繞渤中凹陷周邊的凸起區(qū)分布,圈閉類型好,是油氣長期運移的有利方向,儲層主要為河流、三角洲、淺湖相沉積,儲蓋配置好。其油藏充滿度高(為70%～100%)含油面積大、一般為30～70 km2,油層厚度為25～150 m,油水關(guān)系較簡單,儲量規(guī)模大,億噸級油田數(shù)量多。

典型的大中型油氣田包括:①低幅度披覆背斜油藏，如秦皇島32-6油田;②凸起傾沒端的復(fù)合披覆背斜型油藏,如綏中36-1油田;③走滑壓扭作用后期改造的披覆背斜型油藏,圈閉幅度高,油氣運移與凸起或傾沒端邊緣主斷裂活動密切相關(guān),如蓬萊19-3油田。

4.2.2 斷鼻型稠油油氣藏

斷鼻型圈閉是由地層沿斷層發(fā)生翹傾運動形成的構(gòu)造。這種斷層既可以是繼承性發(fā)育的大斷層,也可以是短期活動的小斷層。斷鼻可能在斷層上升盤,也可能在下降盤,圈閉面積一般為5～20 km2,其上還可能被更小的斷層分割。如石臼坨凸起上的南堡35-2油田。

4.3 極淺水三角洲控制渤海海域凹陷區(qū)新近系淺層優(yōu)質(zhì)油氣田的分布

前文提及,20世紀(jì)末至21世紀(jì)初渤海的新近系勘探領(lǐng)域集中在渤中坳陷的凸起區(qū),且以構(gòu)造圈閉為主。渤海海域新近系特有的淺水-極淺水三角洲沉積體系的認(rèn)識[13],不僅為渤海海域新近系勘探提供了新的思路,至今還是新近系勘探的重要領(lǐng)域。

極淺水三角洲具有良好的儲蓋組合,為近源、晚期、快速成藏模式下的油氣大規(guī)模富集成藏提供了良好的保存條件,且油氣藏主要以輕-中質(zhì)油為主,測試產(chǎn)能較高,單砂體儲量規(guī)模大,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

例如,黃河口凹陷新近系明下段極淺水三角洲體系普遍發(fā)育、油氣以近源垂向運移為主,主要成藏時間為5.1 Ma以來,具有近源晚期快速成藏的優(yōu)勢;主力油層明顯受層序控制,油層主要分布于最大湖泛面以下。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣藏具有中-淺埋深(1 200～1 800 m)、原油密度中等、產(chǎn)能高等特點,如渤中25-1、渤中28-34、渤中26-3等大中型優(yōu)質(zhì)油氣田。

4.4 郯廬斷裂帶是渤海海域盆地的油氣富集帶

渤海海域郯廬斷裂帶周邊已探明的石油和天然氣儲量均超過渤海海域總量的60%。郯廬斷裂帶新生代以來的活動對渤海海域新生代盆地的形成、演化與油氣聚集起著重要的控制作用。

然而,郯廬斷裂帶的長期活動對渤海海域油氣聚集/逸散作用的認(rèn)識一直存在較大爭議。21世紀(jì)初之前,普遍認(rèn)為渤海海域的晚期斷裂強烈活動,部分?jǐn)嗔阎蓖ê５?對油氣藏以破壞和逸散作用為主;因此,當(dāng)時的油氣勘探基本上是盡量繞開郯廬斷裂帶,將其視為找油的“禁區(qū)”。

通過近十多年以來應(yīng)用渤海海域的三維聯(lián)片地震資料對郯廬斷裂帶的整體解剖和全面重新認(rèn)識,充分認(rèn)識了斷裂帶對油氣的差異富集作用機理,提出在郯廬斷裂帶具備大中型油氣田發(fā)育的有利條件[5-9]。

首先,郯廬斷裂帶在古近紀(jì)以來的活動不僅控制了相鄰凹陷的形成和演化,相應(yīng)發(fā)育了古近系的烴源層系。沿郯廬斷裂發(fā)育一系列的富生烴凹陷,如遼中凹陷、渤中凹陷、黃河口凹陷和萊州灣凹陷等;另外,由于斷裂帶的長期活動使得相鄰凹陷的熱流值偏高,凹陷生烴門限得以降低,使渤東及渤南的一些相對較淺凹陷也具有了生烴潛力。如萊州灣凹陷東北洼地溫梯度達(dá)45 ℃/km,生烴門限為1 300～1 700 m,遠(yuǎn)低于萊州灣凹陷中心的2 600 m生烴門限。

其次,郯廬斷裂帶的長期持續(xù)活動在渤海海域形成了豐富多樣的斷層作用相關(guān)構(gòu)造圈閉[18]。

這些圈閉既包括與斷裂早期伸展作用為主相關(guān)的滾動背斜、逆牽引構(gòu)造,也包括與伸展走滑作用相關(guān)的花狀、負(fù)花狀構(gòu)造等。上述各類走滑相關(guān)構(gòu)造圈閉最終在新構(gòu)造運動期間定型。

最后,郯廬斷裂帶的長期持續(xù)活動決定了其周邊成為了油氣重要的富集區(qū)帶。郯廬斷裂帶的多期次走滑作用派生的斷裂體系成為油氣從烴源灶向各類構(gòu)造圈閉運移的高效輸導(dǎo)體系。特別是中新世以來,郯廬斷裂帶的晚期活動最終共同控制渤海海域郯廬斷裂帶周邊油氣的晚期成藏。

5 結(jié)語

回顧渤海海域盆地(渤海灣盆地海域部分)相關(guān)石油地質(zhì)理論發(fā)展的歷程,不難發(fā)現(xiàn),不論是渤海海域盆地的成盆機制與新生代構(gòu)造-沉積演化歷程,還是海域盆地的基本石油地質(zhì)條件、油氣的晚期成藏特征等,均與相鄰陸區(qū)盆地存在著顯著差異。

首先,渤海海域盆地發(fā)育兩期斷陷盆地的構(gòu)造演化旋回,相應(yīng)發(fā)育了沙河街組和東營組兩套優(yōu)質(zhì)烴源巖。其中東營組烴源巖為海域盆地所特有,且獨特的古湖泊環(huán)境有利于有機質(zhì)的保存,晚期快速沉降和斷裂活動的熱效應(yīng)也有助于東營組烴源巖的成熟。因此,渤海海域盆地具有得天獨厚的古湖泊環(huán)境和烴源條件,發(fā)育了眾多富生烴凹陷,具備了發(fā)育一系列大中型油氣田的雄厚物質(zhì)基礎(chǔ)。

其次,渤海海域盆地新近系廣泛發(fā)育淺水-極淺水三角洲,發(fā)育良好的區(qū)域性儲蓋組合,為近源、晚期、快速成藏模式下的油氣大規(guī)模富集提供了優(yōu)越的成藏條件,成為了海域特有的、也是凹陷區(qū)尋找大中型油田的重要勘探層系。

此外,郯廬斷裂帶(海域部分)的長期持續(xù)活動不但有利于了富生烴凹陷的發(fā)育,形成了有效的輸導(dǎo)體系,控制了圈閉的形成和最終定型,最終控制了渤海海域油氣的富集和成藏,成為當(dāng)前渤海油氣勘探的重要領(lǐng)域。

渤海海域油氣勘探的實踐表明,勘探技術(shù)進(jìn)步對油氣勘探具有重要的推動作用,但石油地質(zhì)理論和認(rèn)識的創(chuàng)新是勘探不斷取得突破的重要保證。而充分認(rèn)識到渤海海域盆地演化的特殊性、獨特的石油地質(zhì)條件和油氣成藏特征,對今后的渤海油氣勘探及相關(guān)研究仍具有重要的指導(dǎo)意義。